Birleştirme işlem basamakları

5.3.2.1. Birleştirilecek levhaların belirlenmesi

Birleştirme işlemi, (1) çift faza dönüştürülmemiş GA çeliğine ve (2) çift faza dönüştürülmüş farklı martensit hacim oranlarına sahip çeliklere uygulanmıştır. Her iki gruptaki çelikler, hem gazaltı masif kaynak teli hem de gazaltı özlü kaynak teli ile birleştirilmişlerdir. Tablo 5.6’da birleştirilen çelikler ve kodları verilmiştir.

Kodlama işleminde GA ana malzemeyi ifade etmektedir. ÇF; çift-fazlı yapıyı ifade ederken ÇFGA; GA numunesinden üretilen çift-fazlı çelik anlamında kodlanmıştır. ÇFGA’dan sonra gelen sayı ise tavlama sıcaklığını ifade etmektedir. (ÇFGA-730; GA ana malzemesinden üretilen 730 ºC’de tavlanan, çift-fazlı çeliği ifade etmektedir.)

Tablo 5.6. Özlü ve masif kaynak telleri ile birleştirilen çelikler ve kodları.

_ABS-P2-2005 GA (Ana Malzeme) (ÇFGA-730) (ÇFGA-730) (ÇFGA-760) (ÇFGA-760) Gazaltı özlü tel ile birleştirilmiştir Gazaltı masif _{tel ile} birleştirilmiştir (ÇFGA-800) (ÇFGA-800) (ÇFGA-900) (ÇFGA-900)

5.3.2.2. Kaynak levhalarının hazırlanması

Kaynak işlemi için 8x150x400 mm ebatlarında kesilmiş levhalar kullanılmıştır. Levhaların uzun kenarları 30º açıyla Şekil 5.3’de gösterildiği gibi freze tezğahında işlenerek kaynak ağzı açılmıştır. İşlenen levhalar, aralarında 2 mm kök aralığı bırakılarak V kaynak ağzı oluşturacak şekilde TS 3473/1980 standardı dikkate alınarak belirli aralıklarda puntalanmıştır. Kaynak işlemi sırasında meydana

68

gelebilecek çarpılmalar göz önünde bulundurularak Şekil 5.4’de görüldüğü gibi levhalara 3º ters eğim verilerek puntalanmıştır.

Şekil 5.3. Frezede kaynak ağzı açılmış deney parçalarının ölçüleri.

Şekil 5.4. Deney parçalarının puntalanması.

Birleştirilecek çeliklerin kaynak ağzı, kök açıklıkları ve puntalama işlemi yapıldıktan sonra Şekil 5.5’te gösterildiği gibi seramik altlık kullanılarak kaynak işlemi yapılmıştır. Kapak paso bittikten sonra kök paso sökülerek tekrar kaynak yapılmıştır.

Şekil 5.5. Deney parçalarının montaj dizaynı, seramik altlığın yerleştirilmesi kaynak sırası ve paso sayısı.

2mm

3º

Bütün kaynak işlemleri yatay pozisyonda gerçekleştirilmiştir. Puntalanan levhalar, kaynak öncesi 150 ^oC lik bir ön tav işlemine tabi tutulmuştur. Kaynak esnasında pasolar arası sıcaklık ve ön tavlama sıcaklık kontrolleri dijital kontrollü sıcaklık ölçme cihazı ile sürekli kontrol altında tutularak kaynak yapılması sağlanmıştır. Kaynak edilen test parçalarında, kullanılan kaynak parametrelerinin mümkün olduğu kadar sabit tutularak, test sonuçlarının daha sistematik ve doğru sonuçlar vermesi amacıyla pens ampermetre kullanılmıştır.

5.3.2.3. İlave gazaltı kaynak telleri ve özellikleri

Deneysel çalışmalarda birleştirme işlemine tabi tutulan GA çeliği ve ısıl işlemle çift-faza dönüştürülen farklı MHO’larına sahip çeliklerin kaynağında mukavemet değerleri göz önünde bulundurularak özlü ve masif gazaltı kaynak teli olmak üzere iki farklı ilave kaynak teli kullanılmıştır. Masif gazaltı kaynak teli olarak çekme dayanımı 700 N/mm² nin üzerinde olan Oerlikon (2009) firmasından temin edilen 1.2 mm kalınlığındaki ER 100 S-G (Oerlikon-MG 181) tercih edilmiştir. Seçilen bu ilave gazaltı kaynak teli 620 N/mm²'ye kadar akma dayanımına sahip ince taneli ve yüksek dayanımlı çeliklerin gazaltı (MAG) kaynağında kullanılan düşük alaşımlı kaynak telidir. Bu kaynak teli ile koruyucu gaz olarak hem karbondioksit hem de karışım gaz (% 80Ar+% 18CO₂+% 2O₂) kullanılabilmektedir.

Özlü gazaltı kaynak teli olarak, çekme dayanımı 570-670 N/mm² arasında olan Oerlikon (2009) firmasından satın alınan 1.2 mm kalınlığındaki ER 81 T1-Ni1 (Oerlikon-Fluxofil 20HD) tercih edilmiştir. Bu ilave metal yüksek boşluk doldurma kabiliyetine sahip ve curufu hızlı katılaşan rutil karakterli özlü teldir. Konstrüksiyon kaynaklarında tek ve çok pasolu kaynaklar için de çok uygundur. Kaynak banyosu kolay kontrol edilebildiği için her pozisyonda çok iyi kaynak özellikleri verir. Kaynak parametreleri bir kez ayarlandıktan sonra her pozisyonda kaynak yapılabilir. Yüksek metal yığma oranına ve yüksek akım taşıma kabiliyetine sahiptir. Bu nedenle daha hızlı kaynak yapma imkânı tanır ve kaynak maliyetlerini azaltır. Fluxofil 20 HD mekanize kaynaklara da uygun olup, dikey kaynak ünitelerle kullanılabilir. Kaynak metali mekanik ve teknolojik olarak mükemmel özellikler sağlar. Düşük sıçramaya

70

ve kararlı bir arka sahiptir. Curuf temizliği kolay, kaynak dikiş görünüşü çok güzeldir, ana metalde kesme hatası yapmadan gözeneksiz kaynak dikişleri verir. Fluxofil 20 HD tercihen karışım gazla kullanılır. Gazaltı masif ve özlü tele ait Oerlikon katalog bilgilerine dayanarak kimyasal içerikleri ve kaynak metali mekanik özellikleri Tablo 5.7’de verilmiştir.

Tablo 5.7. Kullanılan ilave tellerin kimyasal bileşimleri ve mekanik özellikleri (Oerlikon, 2009).

5.3.2.4. Kaynak işleminde kullanılan gazaltı kaynak makinesi ve özellikleri

Levhaların birleştirilmesinde, 400 amperlik yatay karakteristikli, hava soğutmalı torca sahip, Nuriş MIG 400 markalı doğru akım gazaltı kaynak makinesi kullanılmıştır. Kullanılan gazaltı kaynak makinesine ait teknik özellikler Tablo 5.8’de verilmiştir.

Tablo 5.8. Gazaltı kaynak makinesinin teknik özellikleri.

Şebeke gerilim (3 faz, 50 Hz) 380 V

Akım ayar aralığı 25-400 A

Kaynak voltaj kademe sayısı 30

Çalışma verimi %100-60

Torç soğutma Hava soğutmalı

Elektrot çapı 0,80/1,00/1,20/1,60

MALZEME ^{KİMYASAL BİLEŞİM (% ağırlıkça)}

C Mn Ni Si Cr Mo Masif tel (MG181) _{0.09 1.70 0.55 0.70 0.60 0.25} Özlü tel (Fluxofıl 20HD) _{0.05 1.2 0.9 0.5 - -} MALZEME MEKANİK ÖZELLİKLER Akma Dayanımı, N/mm² Çekme Dayanımı, N/mm² %Uzama Çentik Dayanımı, Joule

Masif gazaltı teli >620 >700 >18 -40oC>40 Özlü gazaltı teli >490 570-670 >22 -40oC>47

5.3.2.5. Karbon eşdeğerliğinin belirlenmesi

Karbon eşdeğeri kaynaklı birleştirmelerin kalitesine etki eden en önemli parametrelerdendir. Kaynak sırasında çeliğin sertleşme eğilimini belirlemek amacıyla alaşım elementlerinin verdiği sertleşmeye eşdeğer sağlayacak C miktarı saptamak amacıyla karbon eşdeğeri (Ceş) belirlenmektedir.

Günümüze kadar birçok çalışma yapılmış ve oldukça fazla sayıda karbon eşdeğeri formülü geliştirilmiştir. Ancak en yaygın olarak kullanılanı Uluslararası Kaynak Enstitüsü Kaynak Kabiliyeti Komisyonuna (IIW) göre düzenlenmiş olan formül olmuştur. Aşağıda IIW’a göre karbon eşdeğeri (Formül 5.3) formülü verilmiştir (Anık, 1993).

Ceş = C + Mn/6 + Cr/5 + Mo/5 + V/5 + Ni/15 + Cu/15 (5.3)

5.3.2.6. Kaynak Parametreleri

Kaynak işlemi, kök paso, ara paso ve kapak pasosu olmak üzere üç pasoda tamamlanmıştır (Şekil 5.6). Ayrıca kök pasoda oluşabilecek hataları önlemek amacıyla kök paso sökülerek tekrar kaynak yapılmıştır. Kaynak işlemlerinde 1.2 mm iki tür tel olarak masif ve özlü teller kullanılmıştır. Çift-fazlı çeliklerin ve GA kodlu ana malzemenin birleştirilmesinde kullanılan kaynak parametrelerinin aynı olmasına dikkat edilmiştir.

Kaynak parametresi olarak ilave kaynak metali çapı, kaynak akımı, kaynak gerilimi, tel besleme hızı ve kaynak hızı dikkate alınmıştır. Özlü masif tel kullanılarak yapılan kaynak işleminde kullanılan kaynak parametreleri paso ayırımı yapılarak Tablo 5.9’da ve 5.10’da verilmiştir.

Birleştirme işleminde hem özlü hem de masif kaynak teli için koruyucu gaz olarak % 80Ar+% 18CO₂+% 2O₂ içeriğine sahip karışım gazı kullanılmıştır. Gaz debisi olarak 14 lt/dk seçilmiştir.

72

Şekil 5.6. Kaynak paso sayısı.

Kaynaklı birleştirme yapmak için optimum kaynak parametreleri belirlemek amacıyla denemeler yapılmış ve buna göre tellere uygun kaynak akımı, gerilimi, tel sürme hızı ve kaynak ilerleme hızları Tablo 5.9’daki gibi elde edilmiştir.

Tablo 5.9. Özlü tel kullanılarak yapılan kaynak işleminde kullanılan kaynak parametreleri.

Paso Kullanılan İlave tel İlave Tel Çapı (mm) Kaynak Akımı (A) Kaynak

Gerilimi (V) ^Akım Tipi

Tel Besleme Hızı (m/dk) Kaynak Hızı(cm/dk) Kök paso Özlü Tel 1,2 mm 135-145 28±2 DC (+) 3 30 2 Özlü Tel 1,2 mm 200-220 30±2 DC (+) 3 25 3 Özlü Tel 1,2 mm 200-220 30±2 DC (+) 3 19

Tablo 5.10. Masif tel kullanılarak yapılan kaynak işleminde kullanılan kaynak parametreleri.

Paso Kullanılan İlave tel İlave Tel Çapı (mm) Kaynak Akımı (A) Kaynak

Gerilimi (V) ^Akım Tipi

Tel Besleme Hızı (m/dk)

Kaynak Hızı(cm/dk)

Kök paso Masif Tel 1,2 mm 135-140 28±2 DC (+) 3 30 2 Masif Tel 1,2 mm 200-210 30±2 DC (+) 3 25 3 Masif Tel 1,2 mm 200-215 30±2 DC (+) 3 20

Kaynak işlemleri esnasında ön tav sıcaklığı ve pasolar arası sıcaklık 150^oC olarak belirlenmiştir.

60O

1

2

3

5.3.2.7. Kaynak işleminin ve ön tav sıcaklığının tespiti

Kaynak öncesi alın alına puntalanan ve 150ºC sıcaklıkta ön tav işlemine tabi tutulan levhaların Tablo 5.9 ve Tablo 5.10’de verilen kaynak parametreleri kullanılarak önce kök pasosu çekilmiştir. Kök pasonum çekimi esnasında seramik altlık kullanılmıştır. Kök pasosu çekilmiş olan deney parçası cürufu kırılarak, keski ve tel fırça ile gerekli temizlik yapılarak kendi halinde soğumaya bırakılmıştır. Kök pasosu çekilen numunelerin daha sonra ara pasosu salınım hareketi vermeksizin çekilmiştir. Gerekli temizlik işlemleri tamamlandıktan sonra kapak pasosu salınım hareketi ile çekilerek birleştirme işlemi tamamlanmıştır. Pasolar arası sıcaklığın 150ºC olmasına dikkat edilmiştir.

Ön tav sıcaklığı Daniel Seferian tarafından geliştirilen formül yardımıyla hesaplanmıştır (Anık, 1993).

T_öntav = 350 √(C_k-0.25 (5.4)

5.3.2.8. Isı girdisi hesaplaması

Kayak ısı girdisi her bir paso için ayrı ayrı hesaplanmıştır. Kaynak işlemi sırasında elektrotun ark boşluğu mesafesine göre bağlı olarak meydana gelen akım ve voltaj değişikliğinin, minimum ve maksimum değerleri kaydedilerek ortalama değerlere göre hesaplamalar yapılmıştır. Isı girdisini hesaplamak için kullanılan eşitlik aşağıda verilmiştir (Anık, 1993; Shome, 2007).

) / ( 60 . ). ( ). ( ) / ( sn mm S Amper I Volt V mm KJ H

η

H : Kaynak ısı girdisi (KJoule/mm) V : Kaynak gerilimi (Volt)

I : Kaynak akımı (Amper S : Kaynak ilerleme hızı (mm/sn)

74

5.3.2.9. Kaynaklı numunelerden test parçalarının çıkarılması

Kaynak işleminden sonra yapılacak olan mikroyapı, mikrosertlik, eğme, çekme ve çentik darbe deney işlemleri için birleştirilen levhalardan numuneler hazırlanmıştır. Numunelerin birleştirilen levhaların hangi bölgelerinden alındığı Şekil 5.7’de gösterilmektedir. Numunelerinin hazırlanması işlemi, Mazak Süper Turbo X510 MKII Lazer kesme cihazı kullanılarak yapılmıştır. Numuneler kesildikten sonra oluşan çapak ve karbürize bölgelerin temizlenmesi amacıyla numune yüzeyleri 0.5 mm kalınlığında frezeyle işlenmiştir.

Şekil 5.7. Kaynaklı parça üzerinden alınan test parçalarının geometrileri (Asarkaya, 2006).

5.4. Mikroyapı Karakterizasyonu

Grade A ve ısıl işlem görmüş numuneler (15x15x8 mm), standart metalografik usullerle (zımparalama, parlatma ve dağlama) metalografik inceleme için hazırlanmıştır. Grade A ve çift-fazlı çeliklerin mikroyapı karakterizasyonu için hazırlanan numuneler soğuk olarak reçine içerisine gömülerek sırasıyla 200-400-600-800-1000-1200 mesh’lik su zımparasıyla zımparalanarak pürüzsüz yüzey elde edilmiştir. Daha sonra bu yüzeyler sırasıyla 3 µm ve 1 µm elmas pasta ile keçede parlatılarak dağlanmaya hazır hale getirilmiştir. Dağlama işlemi için % 2 Nitrik

Çekme deney numunesi ^{Eğme deney numunesi}

Mikrosertlik deney numunesi Darbe deney numunesi

Asit+% 98 Methanol (%2 Nital) çözeltisi kullanılmıştır. Dağlanan numunelerin yüzeyi methanol ile temizlenip kurutulmuştur. Mikroyapı incelemeleri için Nikon marka Epiphot 200 modeli mikroskop kullanılmıştır.

Seramik altlıklı özlü ve masif tel kaynağıyla birleştirilmiş GA numunesi ve ısıl işlemle çift-fazlı çeliğe dönüştürülmüş deney numuneleri kaynak merkezlerinden bor yağı+su soğutmalı olarak kesilmiştir. Ardından yukarıda belirtilen işlem basamakları uygulanarak esas metal, ITAB ve kaynak metalinin mikroyapı karakterizasyonu yapılmıştır.